Скорость звука

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Черновик [показать страницу] (сравнить)

Данная версия статьи не досматривалась участниками с соответствующими правами. Вы можете прочитать последнюю досмотренную версию от 30 июня 2009, однако она может значительно отличаться от текущей версии. Проверки требует 1 правка.

Перейти к: навигация, поиск

Скорость звука в газах (0° С; 101325 Па), м/с
Азот	334
Аммиак	415
Ацетилен	327
Водород	1284
Воздух	331
Гелий	965
Кислород	316
Метан	430
Угарный газ	338
Углекислый газ	259
Хлор	206

Скорость звука — скорость распространения звуковых волн в среде. Скорость звука обычно величина постоянная для данного вещества при заданных внешних условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и скорость звука зависит от частоты, говорят о дисперсии звука. Впервые измерена Уильямом Дерхамом.

Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа скорость звука возрастает.

Скорость звука в любой среде вычисляется по формуле:

$c = \sqrt{\frac{1}{\beta \rho}}$

где $β$ — адиабатическая сжимаемость среды; $ρ$ — плотность.

Для газов эта формула выглядит так:

$c = \sqrt{\frac{\gamma kT}{m}} = \sqrt{\frac{\gamma RT}{M}} = \sqrt{\frac{\gamma R(t+273,15)}{M}}$

где $γ$ — показатель адиабаты: 5/3 для одноатомных газов, 7/5 для двухатомных (и для воздуха), 4/3 для многоатомных; $k$ — постоянная Больцмана; $R$ — универсальная газовая постоянная; $T$ — абсолютная температура в кельвинах; $t$ — температура в градусах Цельсия; $m$ — молекулярная масса; $M$ — молярная масса. По порядку величины скорость звука в газах близка к средней скорости теплового движения молекул и в приближении постоянства показателя адиабаты пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры.

Для твёрдых тел скорость звука можно вычислить как:

$c = \sqrt{\frac{K}{\rho}} = \sqrt{\frac{E}{3(1-2\nu)\rho}}$

Где $K$ — модуль всестороннего сжатия; $E$ — модуль Юнга; $ν$ — коэффициент Пуассона.

В воздухе при нормальных условиях скорость звука составляет 331,46 м/с (1193 км/ч).

В воде скорость звука составляет 1485 м/с. (см. Опыт Колладона-Штурма)

В твёрдых телах скорость звука составляет 2000—6500 м/с.

[править] Литература

Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1953;
Михайлов И. Г., Соловьев В. А., Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964;
Колесников А. Е., Ультразвуковые измерения, М., 1970;
Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973.